云南牟定戌街地區(qū)鈾礦化特征及成因探討

徐爭(zhēng)啟， 陳 歡， 宋 昊， 李 濤， 田建民

(成都理工大學(xué) a.地球科學(xué)學(xué)院；b.核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，成都 610059)

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量迅速發(fā)展，能源需求巨大，特別是包括核能在內(nèi)的新能源需求增加。鈾是發(fā)展核電事業(yè)必不可少的礦產(chǎn)資源，我國(guó)鈾資源尚不能滿足發(fā)展需求，對(duì)鈾資源的開發(fā)勘查和研究工作急需進(jìn)一步加強(qiáng)?？档岬剌S處于揚(yáng)子地臺(tái)西南緣，前寒武紀(jì)地層出露較為廣泛，是進(jìn)行前寒武紀(jì)地質(zhì)和成礦作用研究的重要地區(qū)，也是新元古代鈾成礦的重要區(qū)域。

云南牟定地區(qū)位于康滇地軸中南段，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層較為發(fā)育，巖漿活動(dòng)和變質(zhì)作用廣泛，是元古代混合巖中鈾成礦的重點(diǎn)地區(qū)之一。康滇地軸以往鈾礦勘查工作程度較低，鈾礦研究程度更低，前人僅從基礎(chǔ)地質(zhì)特征和總體成礦規(guī)律進(jìn)行過部分研究，對(duì)康滇地軸中南段元古代地層中鈾礦化類型及其特征進(jìn)行了分析[1-2]，探討了康滇地軸南段構(gòu)造-巖漿活動(dòng)與鈾礦化關(guān)系[4-6]，并對(duì)成礦遠(yuǎn)景進(jìn)行了探討[1]。云南牟定戌街1101地區(qū)鈾礦研究更少，僅對(duì)該區(qū)的鈾成礦環(huán)境進(jìn)行了初步的探討[6]，對(duì)該區(qū)的混合巖地球化學(xué)特征進(jìn)行了分析[7-8]?？傮w而言，牟定地區(qū)鈾礦研究程度非常低。近年來，包括牟定地區(qū)在內(nèi)的康滇地軸混合巖中發(fā)現(xiàn)了粗粒晶質(zhì)鈾礦和特富鈾礦[9]，為牟定地區(qū)鈾礦成礦規(guī)律深入研究提供了良好的條件。筆者通過對(duì)牟定1101地區(qū)賦礦圍巖及特富鈾礦巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征和年代學(xué)進(jìn)行研究，深入研究該區(qū)鈾礦特征及形成條件、控礦因素，揭示鈾成礦規(guī)律，為康滇地軸混合巖鈾礦成礦作用研究及康滇地軸混合巖鈾礦找礦提供借鑒。

圖1 云南牟定戌街地區(qū)大地構(gòu)造位置及礦區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Geotectonic location and geological map of Xujie uranium mining area，Yunnan province(a)大地構(gòu)造位置圖;(b)礦區(qū)地質(zhì)圖

1 區(qū)域地質(zhì)背景

云南牟定戌街1101鈾礦區(qū)位于揚(yáng)子地臺(tái)西南緣，康滇地軸中南段。該區(qū)是我國(guó)前寒武系地層較為發(fā)育的地區(qū)之一，出露有元古界苴林群變質(zhì)混合巖；震旦系燈影組白云巖；三疊系舍資組細(xì)碎屑巖夾煤線；侏羅系為一套下部灰黃-灰綠色碎屑巖，上部為紫紅色泥巖、碎屑巖組成的碎屑巖地層；白堊系為紫紅色塊狀粉砂巖、砂巖；第四系殘坡積及洪積物(圖1(a))。鈾礦主要產(chǎn)于元古界變質(zhì)混合巖中。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，由近南北向，北西向和北東向三組斷裂，其中以近南北向斷裂為主。對(duì)于鈾礦而言，北東向斷裂的次級(jí)斷裂起著重要的作用。

研究區(qū)巖漿巖廣泛發(fā)育，在晉寧期發(fā)生了重大地質(zhì)事件，中酸性巖漿活動(dòng)尤為活躍，因此在區(qū)域內(nèi)主要以中酸性侵入巖為主。區(qū)域巖漿巖主要有混合花崗巖、花崗巖、基性-超基性巖體。前人對(duì)戌街雜巖體的測(cè)年和地球化學(xué)研究中，從普登組出露的混合巖鋯石中U-Pb年齡測(cè)得混合花崗巖形成的年齡最大為2 478 Ma[10-11]。從野外的實(shí)際地質(zhì)情況來看，該區(qū)混合花崗巖的形成存在多期巖漿活動(dòng)，主要以晉寧期花崗巖為主體，而晉寧期花崗巖又主要以二長(zhǎng)花崗巖為主，還見有片麻狀花崗巖、細(xì)粒花崗巖和變質(zhì)巖殘留體。

2 牟定1101礦區(qū)鈾礦化特征

2.1 賦礦圍巖特征

云南牟定1101地區(qū)賦礦圍巖為斜長(zhǎng)角閃巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖、二云母石英片巖、花崗片麻巖、片麻狀花崗巖等組成的混合巖及偉晶巖脈、輝綠巖脈(圖1(b))。

1)斜長(zhǎng)角閃巖：灰黑色，粒柱狀變晶結(jié)構(gòu)，片理構(gòu)造。角閃石鏡下顯黃綠、蘭綠多色性，常包裹細(xì)粒石英、斜長(zhǎng)石、榍石，呈連續(xù)定向分布；中長(zhǎng)石多已絹云母化，偶見聚片雙晶及環(huán)帶構(gòu)造。

2)角閃斜長(zhǎng)片麻巖：為鈾礦體直接含礦圍巖，分布于牛街-上村斷裂帶附近，淺灰、灰白色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造或眼球狀片麻構(gòu)造，長(zhǎng)石斑晶直徑可達(dá)2 cm～3 cm，具定向排列。斜長(zhǎng)石有2種：①絹云母化較強(qiáng)，雙晶不明顯，形態(tài)不規(guī)則，似鑲嵌狀，為早期變質(zhì)產(chǎn)物；②半自形板狀，常具聚片雙晶，屬更長(zhǎng)石，系晚期變質(zhì)產(chǎn)物。二者均成拉長(zhǎng)狀、定向分布。黑云母呈黃—淡黃色多色性，已向綠泥石過渡。

圖2 牟定地區(qū)特富鈾礦圖Fig.2 Ultra-rich uranium ore in Mouding area(a)露頭；(b)鏡下照片

3)二云母石英片巖：灰白-褐色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片理構(gòu)造。石英具波狀消光，顯帶狀、鑲嵌狀消光，粒間呈齒狀、縫合線狀接觸，有時(shí)為眼球狀，邊緣有許多細(xì)小碎粒狀石英。斜長(zhǎng)石具強(qiáng)絹云母化，見聚片雙晶及卡鈉聯(lián)合雙晶，屬更長(zhǎng)石。黑云母與白云母常呈集合集，定向分布，有時(shí)出現(xiàn)顯微褶皺。

含礦巖石中的斜長(zhǎng)石為更長(zhǎng)石，有鈉長(zhǎng)石的凈化邊。鈉長(zhǎng)石的凈化邊是變質(zhì)巖和巖漿巖巖石形成晚期的一種普遍現(xiàn)象。含礦巖石中斜長(zhǎng)石綠簾石化、黝簾石化、絹云母化，黑云母綠泥石化。后期大量石英脈體穿插，或發(fā)生硅化，還有少量的方解石細(xì)小脈體。

圍巖蝕變主要有硅化、絹云母化、綠泥石化、赤鐵礦化、鈉長(zhǎng)石化、黃鐵礦-黃銅礦-輝鉬礦化等。

2.2 鈾礦區(qū)礦物特征

云南牟定1101地區(qū)鈾礦物主要以晶質(zhì)鈾礦為主，含少量的鈦鈾礦等。晶質(zhì)鈾礦呈立方體，自形晶，無規(guī)則，集合體呈團(tuán)塊狀、角礫狀。晶質(zhì)鈾礦后期被氧化形成鈣鈾云母、銅鈾云母、硅鈣鈾礦等次生鈾礦。伴生礦物為輝鉬礦、赤鐵礦、方鉛礦、黃鐵礦、黃銅礦、鋅錳礦、白鐵礦、榍石、鋯石、磷灰石、重晶石等。礦體多呈脈狀和透鏡狀，產(chǎn)于構(gòu)造帶中，鈾品位為0.077%～13.03%，具有規(guī)模小、連續(xù)性差，但品位富的特點(diǎn)[5,7]。

2.3 鈾礦化與構(gòu)造關(guān)系

牟定1101地區(qū)鈾礦化主要受構(gòu)造控制，同時(shí)受后期的堿交代影響。該區(qū)鈾礦點(diǎn)由111、110、165、116四個(gè)礦化段組成，位于元謀-綠汁江斷裂之次級(jí)斷裂牛街-上村斷裂帶及其次級(jí)斷裂中。該區(qū)含粗粒晶質(zhì)鈾礦的特富鈾礦礦段，產(chǎn)于北西向斷裂中，斷裂帶中有鈉質(zhì)交代巖石存在。同時(shí)，在該區(qū)還出露有長(zhǎng)英質(zhì)偉晶巖、白云母?jìng)ゾr及花崗巖。可見，牟定1101地區(qū)鈾礦受巖性-構(gòu)造和熱液蝕變共同控制。

3 地球化學(xué)特征

在研究區(qū)采取混合巖、花崗巖、偉晶巖及鈾礦石樣品進(jìn)行地球化學(xué)研究，樣品送核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心進(jìn)行分析，利用X熒光方法分析常量元素，利用ICP-MS分析微量元素和稀土元素。

3.1 圍巖常量元素地球化學(xué)特征

牟定1101地區(qū)圍巖和礦石常量元素分析結(jié)果見表1和表2。據(jù)分析結(jié)果表明，圍巖SiO2=51.2%～79.55%，Al2O3=12.4%～22.09%，(K2O+Na2O)=3.0%～9.16%，CaO=0.318%～8.16%，MgO=0.77%～6.61%，TFe=2.1%～17.21%，K2O/Na2O=0.15～3.2，巖性不同，主量元素含量差別較大。樣品kd6-1、kd-2 的SiO2含量明顯偏低，TFe的含量明顯偏高，MgO的含量明顯偏高，屬于偏基性巖石。樣品kd6-1中K2O/Na2O=0.15，可能與納質(zhì)堿交代作用有關(guān)。MgO和TFe的含量隨著SiO2含量的增高而降低。圍巖樣品中鈾與SiO2呈負(fù)相關(guān)，與Na2O、FeO呈正相關(guān)，與其他元素相關(guān)性不好。

表1 牟定地區(qū)圍巖常量元素分析結(jié)果表

表2 牟定地區(qū)礦石常量元素分析結(jié)果表

圖3表明，該區(qū)巖石都屬于高鉀鈣堿性系列和鈣堿性系列。

表2分析結(jié)果顯示，礦石樣品中Si2O含量偏低，F(xiàn)e2O3/FeO較高，Na2O和TiO2含量較高，說明該地區(qū)的鈾礦形成后為受到熱液改造特別是發(fā)生了鈉質(zhì)交代作用，并發(fā)生了一定的氧化。

3.2 微量元素地球化學(xué)特征

由表3可以看出，從圍巖到礦石， Rb、Ba顯著減少，Th、U、Ta、Nb、Ce、Zr、Hf、Sm、Y、Yb顯著增加。

從圖4可以看出，礦石樣品Sr、Ba相對(duì)虧損，U與Sr、Ba呈顯著負(fù)相關(guān)；Th、U高度富集，Th、U呈顯著正相關(guān)。圍巖總體上表現(xiàn)為富集Rb、K、La等大離子親石元素，也顯示了Sr、Ba相對(duì)虧損，但U與Sr、Ba相關(guān)性不大；Th、U亦有富集的特點(diǎn)，且二者幾乎無相關(guān)性。該區(qū)鈾礦形成過程中伴隨著去Sr、Ba，Th累積的過程，說明貧Sr、Ba有利于礦石的形成。樣品kd5-4與鈾礦石的微量元素特征尤為相似，說明混合巖化的花崗巖可能為成礦提供物源。

表3 牟定地區(qū)樣品微量元素含量分析結(jié)果表

圖3 牟定地區(qū)巖石K2O-SiO2圖解Fig.3 K2O-SiO2diagram of rocks in Mouding area

圖4 微量元素地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.4 PM-normalized trace elements spider diagram

圖5 稀土元素配分模式圖Fig.5 Distribution pattern of REE diagram

3.3 稀土元素地球化學(xué)特征

表4為圍巖及礦石稀土元素分析結(jié)果及參數(shù)統(tǒng)計(jì)表。從表4可以看出，礦石ΣREE為465.92×10-6～1 671.5×10-6，圍巖ΣREE=4.32×10-6～322.07×10-6，礦石稀土元素總量顯著增加，遠(yuǎn)高于圍巖。礦石LaN/YbN均小于1，說明輕重稀土分異程度低，LREE/HREE為0.955～1.049，礦石富重稀土。鈾礦石中δEu<1，δCe>1，沒有明顯的Ce負(fù)異常，Eu呈負(fù)異常。除偉晶巖外的圍巖具有富輕稀土的特點(diǎn)，具有明顯的銪負(fù)異常。長(zhǎng)石云母晶巖的稀土元素配分模式與礦石一致(圖5)，表明鈾礦形成于該偉晶巖所代表的巖漿活動(dòng)關(guān)系密切。

表4 牟定地區(qū)樣品稀土元素含量分析結(jié)果表

4 年代學(xué)特征

前人[10-11]在前寒武系康定群地層做了大量的測(cè)年工作，但是得到的測(cè)年數(shù)據(jù)不盡相同，范圍在760 Ma～2 400 Ma，康定雜巖中混合巖和變質(zhì)巖的形成時(shí)代具有較大的爭(zhēng)議。

為了確定牟定1101地區(qū)圍巖及鈾礦形成時(shí)代，分別選取圍巖中的鋯石和特富鈾礦中的晶質(zhì)鈾礦進(jìn)行年代學(xué)研究。

4.1 圍巖年代學(xué)特征

選取近礦圍巖混合巖化花崗巖kd5-4和花崗質(zhì)偉晶巖kd2-1樣品中的鋯石，使用LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年法，在廣州地化所礦物學(xué)與成礦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖6、圖7。

表5 牟定地區(qū)晶質(zhì)鈾礦同位素測(cè)年結(jié)果

圖6 kd2-1鋯石樣品諧和圖Fig.6 Concordance diagram of zircon sample in kd2-1

圖7 kd5-4鋯石樣品諧和圖Fig.7 Concordance diagram of zircon sample in kd5-4

圖6表明，kd2-1樣品206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值為696.8 Ma±7.6 Ma，MSWD=2.3，代表巖漿巖形成的年齡。圖7表明，kd5-4樣品鋯石206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值為1 052 Ma±10 Ma，MSWD=2.2，代表混合巖形成的年齡。這反映了牟定地區(qū)兩次重大地質(zhì)事件發(fā)生的時(shí)間，即混合巖化形成于1 050 Ma前后，晉寧期花崗巖形成于697 Ma前后。

4.2 礦石年代學(xué)特征

筆者取kd-01和kd-03兩個(gè)特富鈾礦樣品，挑選其中的晶質(zhì)鈾礦，送到核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心采用傳統(tǒng)的同位素測(cè)年方法進(jìn)行分析，測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5顯示，樣品kd-01的206Pb/238U、207Pb/235U和207Pb/206Pb表觀年齡值相差巨大，可能是由于該樣品U相對(duì)含量很低，不是純的晶質(zhì)鈾礦所致。kd-03樣品鈾含量很高，基本是純的晶質(zhì)鈾礦，206Pb/238U、207Pb/235U和207Pb/206Pb的表征年齡值相差不大，數(shù)據(jù)比較可靠。由于礦石氧化，有鈾的丟失，故用207Pb/206Pb表征年齡代表鈾礦形成時(shí)代較為可靠。kd-01和kd-03的207Pb/206Pb表征年齡均為845 Ma左右，代表該區(qū)鈾礦形成時(shí)代。

通過圍巖和礦石所測(cè)年來看，圍巖所測(cè)出來大部分鋯石206Pb/238U年齡的加權(quán)平均值和通過晶質(zhì)鈾礦U-Pb測(cè)年測(cè)得的結(jié)果基本在一個(gè)時(shí)期，即中元古代末至新元古代初。由此可見，混合巖化作用和后期的巖漿活動(dòng)對(duì)鈾礦化有一定的促進(jìn)作用。

5 成礦規(guī)律及成因探討

5.1 鈾礦化地質(zhì)條件及控礦因素

牟定1101地區(qū)的礦化點(diǎn)和異常點(diǎn)都產(chǎn)在斷裂裂隙中，都有鈉長(zhǎng)石化、混合巖化的存在。苴林群的變質(zhì)巖中侵入有大量的花崗巖，同時(shí)在花崗巖體邊緣接觸帶存在混合巖化作用。綜合分析，本區(qū)礦化地質(zhì)條件及控礦因素有：

1)苴林群變質(zhì)巖。礦化區(qū)元古界基底是由大面積苴林群變質(zhì)巖和多期次的侵入巖構(gòu)成的雜巖體，康滇地軸是在晉寧造山運(yùn)動(dòng)期形成穩(wěn)定的陸塊，為鈾成礦提供了條件。事實(shí)上該區(qū)鈾礦化均產(chǎn)于苴林群混合巖變質(zhì)巖之中。

2)巖漿活動(dòng)。研究區(qū)出露的晉寧期花崗巖對(duì)礦化有重要作用?；◢弾r侵入地層過程中，不僅與苴林群地層發(fā)生混合巖化作用，同時(shí)使地層發(fā)生破裂，在侵入巖體周圍產(chǎn)生大量的破碎裂隙，為后期的巖漿侵入和熱液流體活動(dòng)提供了通道，同時(shí)也提供了礦化空間?；◢弾r本身也可能是鈾礦化物質(zhì)的來源。

3)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)?？档岬剌S構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，在晉寧期，牟定戌街苴林群地層受應(yīng)力作用強(qiáng)烈擠壓變形，并形成以南北向?yàn)橹鞲傻臉?gòu)造及不同方向的次級(jí)構(gòu)造。研究區(qū)主要斷裂為元謀-綠汁江斷裂，該斷裂發(fā)育有許多次級(jí)斷裂，如老衲-水橋村斷裂及含礦的牛街-上村斷裂。牟定地區(qū)的鈾礦化均與北東向的次級(jí)斷裂有關(guān)。

4)熱液流體。在含礦斷裂破碎帶和裂隙發(fā)育帶，可見到鈉長(zhǎng)石化、赤鐵礦化、黃鐵礦化、硅化、碳酸鹽化等，表明該地區(qū)熱液活動(dòng)活躍，鈾礦化與熱液活動(dòng)關(guān)系密切。

綜上所述，牟定地區(qū)鈾礦化受混合巖、構(gòu)造和晚期巖漿熱事件共同控制。

5.2 成礦物質(zhì)來源

牟定礦區(qū)的變質(zhì)巖和巖漿巖鈾含量較高(U=3×10-6～8.9×10-6)，花崗巖具有高堿質(zhì)、過鋁質(zhì)、低Sr、Ba、高Yb等地球化學(xué)特征，花崗巖和礦化巖石稀土配分模式及微量元素組成相似，礦石與偉晶巖配分模式一致，這表明成礦物質(zhì)來源于圍巖及后期的巖漿活動(dòng)。

在混合交代過程中形成的大量花崗質(zhì)脈體，長(zhǎng)英質(zhì)脈體和中基性脈體也是鈾源之一，在混合巖化過程中，這些脈體中的鈾活化遷移，最終在有利部位富集。

晉寧期礦化區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng)，地層發(fā)生強(qiáng)烈的變形和破碎，巖石在應(yīng)力作用下發(fā)生變質(zhì)，受力過度發(fā)生破碎之后，壓力驟減，巖石中包含鈾在內(nèi)的部分元素活化遷移，同時(shí)破碎帶也提供了元素運(yùn)移的通道和富集場(chǎng)所。

5.3 成礦模式

穩(wěn)定的陸塊是鈾成礦的必要條件，牟定地區(qū)處于康滇地軸的中南段。在晉寧運(yùn)動(dòng)之前，研究區(qū)域未形成穩(wěn)定的陸塊，直到中元古代晚期大陸拼接才形成穩(wěn)定的陸塊，為康滇地軸提供了穩(wěn)定的鈾礦化場(chǎng)所。苴林群變質(zhì)巖就是該時(shí)期形成的，為牟定地區(qū)的鈾礦化提供了鈾源和場(chǎng)所。

該區(qū)晉寧期構(gòu)造斷裂和裂隙發(fā)育，大量巖漿巖侵入到苴林群地層中，在侵入巖體接觸帶發(fā)生混合巖化。在此過程中，鈾元素被活化、遷移到構(gòu)造裂隙中形成鈾的再次富集。而巖漿在侵入地層過程中，也使苴林群變質(zhì)巖發(fā)生破裂，為后期熱夜活動(dòng)提供了空間。從礦化巖石和花崗巖的稀土配分曲線可以看出，它們?yōu)檩p稀土元素富集重稀土元素相對(duì)虧損的右傾模式，銪負(fù)異常，具有同源性，花崗巖對(duì)礦化具有重要作用，花崗巖在侵入過程中不僅提供了礦化物質(zhì)，同時(shí)也活化了鈾元素，使其遷移富集。鈾礦化破裂帶處存在熱液活動(dòng)，熱液流體不僅改造圍巖，同時(shí)也含礦化物質(zhì)，對(duì)鈾礦化起到非常重要的作用。

綜上所述，地層、巖漿巖、構(gòu)造和熱液流體都是牟定地區(qū)鈾礦化不可或缺的一部分，混合巖、構(gòu)造和晚期巖漿熱事件控制了鈾礦化的形成和分布。強(qiáng)烈的伸展作用導(dǎo)致一系列的韌性剪切代和構(gòu)造破碎帶的形成，為含鈾熱液提供運(yùn)移、過濾的通道，在運(yùn)移、過濾過程中，成礦物質(zhì)在次級(jí)斷裂中聚集、沉淀下來富集成礦。在長(zhǎng)時(shí)間高溫、穩(wěn)定的條件下，才能礦化形成粒度較大的晶質(zhì)鈾礦。因此，云南牟定戌街1101地區(qū)鈾礦化模式為：變質(zhì)巖原巖鈾預(yù)富集—變質(zhì)作用鈾再富集—后期構(gòu)造-巖漿-熱流體疊加改造成特富鈾礦。